JPS6198980A - 形状記憶合金を用いたポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、形状記憶合金を用いたポンプ装置に係り、特
にポンプのアクチュエータ部分を小形化するのに好適な
、形状記憶合金を用いたポンプ装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

今日、医療機器などにおいては、微量の薬液を吸入、吐
出できる小形ポンプの開発が要求されており、先行技術
として特開昭５７−６８５７５号公報しこむよ、線状の
熱弾性形マルテンサイト変態を示す合金における伸縮に
対する記憶効果によりポンプ室に容積変化を誘起せしめ
て流体の圧送または注入の動作を行わしめることを特長
とする流体の圧送装置について開示されている。

このような流体の圧送装置の一例を第７図に示す。

第７図は、従来のポンプ装置の略示構成図である。

図において、１は、ポンプ室５′の囲壁を構成する伸縮
可能なベローズ、２は、ポンプ室５′内にあって支持体
４’−１，４’　−２に両端を固定された形状記憶合金
線、３′　ａは流体の吸入管、３’　ｂは吐出管で、支
持体４′−１内の吸入弁（図示せず）、支持体４′−２
内の吐出弁（図示せず）を介してポンプ室５′に接続し
てし）る。

６’ａ−６’ｂは、形状記憶合金線２を加熱するための
通電端子を示し、矢印は流体の流れの方向を示す。

このような構成のポンプ装置の作用を説明する。

通電端子６’　ａ、６”ｂを介して、形状２己憶合金線
２が通電加熱されると、形状記憶合金線２番士ベローズ
１の復元力に抗して収縮しポンプ室５′の容積を線対さ
せてポンプ室５′内の流体を吐出管３’　ｂに吐出する
。

次に通電を止めると、形状記憶合金線２番ま漸次冷却さ
れた伸長しベローズ１の復元力で元の位置に戻りポンプ
室５′の容積は増加するので吸入管３′　ａから吸入さ
れる流体はポンプ室５′番こ充満する。

このように第７図に示す従来のポンプ装置番よ、形状記
憶合金線２の伸縮によってポンプ室５′の容積を変化さ
せ、ポンプ作用の機能を果してｂする。

しかし、線状の形状記憶合金を用し）だ場合、変位量を
大きくするためには、ある程度の長さをり・要とするた
めポンプ装置の小形化には限界があるという問題があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、形状記憶合金をポンプ室の囲壁に用い、
ポンプ装置の軸方向長さを大幅に短くして小形軽量化を
可能にした、形状記憶合金を用いたポンプ装置の提供を
、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る流体の圧送装置の構成は、流体の吸入、吐
土管路に接続された吸入弁、吐出弁を内蔵する支持体と
、この支持体に接合され、少なくとも囲壁の一部を形状
記憶合金で形成されたポンプ室囲壁とでポンプ室を構成
するとともに、前記形状記憶合金で形成されたポンプ室
囲壁に変形を与える作動手段を備えたものである。

なお１本発明を開発した考え方を付記すると、次のとお
りである。

壮將ｔ、１１．崗ルナフイｍハ１つしＩプ　必仲セ柚合
金をアクチュエータとして使用すること力１考えられる
。しかし、線状の形状記憶合金を用し）る方式では、変
位量を大きくするためには線長を必九要とするので、ポ
ンプ装置の長さを短かくする番こｉよ限界がある。

本発明は、板状の形状記憶合金を用し）でポンプ室の一
部を形成し、ポンプ装置の長さを短力）クシで小形化を
図ることを考えたものである。

〔発明の実施例〕

以下２本発明の各実施例を第１図なｙ）シ第６図を参照
して説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係るベローズ形ポ
ンプ装置の縦断面図である。

第１図において、３ａは流体の吸入管、ａｂｊよ吐出管
、４は支持体で、吸入管３ａに接続する吸入弁４ａと吸
入口４Ｃ１吐出管３ｂｋこ接続する吐出弁４ｂと吐出口
４ｄをそれぞれ内蔵してしする。

５はポンプ室、７は、ポンプ室５の囲壁を構成する伸縮
体に係るベローズで、このベローズ７　ｔｉ、少なくと
もポンプ室囲壁の一部をなす伸縮部を形状記憶合金で形
成されたものである。

この形状記憶合金で形成されたベローズ７は、第１図に
示すようにベローズ端を支持体４に接合されており、加
熱されると軸方向に縮むように形状記憶されている。

８は、ベローズ７に組み込んだ復元用のばね体、６ａ、
６ｂは形状記憶合金に通電加熱するための通電端子、９
は、ベローズ７の端板部７ａに取付けた冷却用素子で、
６Ｃは、冷却用素子９を働かせる通電端子を示す。

このような構成のベローズ形ポンプ装置の作用を説明す
る。

いま通電端子６ａ、６ｂを介して、形状記憶合金で形成
されたベローズ７が通電加熱されると、ベローズ７はば
ね体８の復元力に抗して収縮しポンプ室５の容積を縮小
させる。これにより、ポンプ室５内の流体は吐出口４ｄ
、吐出弁４ｂを経て吐出管３ｂに吐出される。

次に通電端子６ａ、６ｂの通電を止め１通電端子６ｃに
より冷却用素子９を働かせると、ベローズ７は冷却され
、ばね体８の復元力により形状記憶合金で形成されたベ
ローズ７は伸長して元の位置に戻る。これにより、ポン
プ室５の容積が増加するので、吸入管３ａから吸入され
る流体は吸入弁４ａ、吸入口４Ｃを経てポンプ室５に流
入し充満する。

この動作を繰返すことにより、吸入管３ａから吸入°弁
４ａを経てポンプ室５に流入した流体は、吐出弁４ｂか
ら吐出管３ｂへ圧送され、ポンプ作用がなされる。

本実施例では、形状記憶合金をポンプ室５の囲壁を構成
するベローズ７、すなわち面積をもつ収縮体に用いたの
で、従来の線状の形状記憶合金を用いたもの、にくらベ
ポンプ装置の軸方向長さを短くすることができ、装置の
小形軽量化を図ることができる。

次に、第２図は、本発明の他の実施例に係るストッパ機
構を有するベローズ形ポンプ装置の縦断面図であり、図
中、第１図と同一符号のものは、先の実施例と同等部分
であるから、その説明を省略する。

第２図において、１０は、支持体４Ａに結合したストッ
パ、１１は段付きロッドで１段付きロッド１１は止め輪
１２を介・してベローズ７Ａの端板部７ｂに固定され、
その段付き側はストッパ１０の凹化された部分１０ａ内
にあって行程範囲内を動くようにストッパ機構が構成さ
れている。

７Ａは、ポンプ室５Ａの囲壁を構成する伸縮体に係るベ
ローズで、少なくともポンプ室囲壁の一部をなす伸縮部
を形状記憶金で形成されたものである。

８Ａは、ベローズ７Ａに組み込まれた復元用のばね体、
９Ａはベローズ７Ａの端板部７ｂに取付けた冷却用素子
である。

いま通電端子６ａ、６ｂを介して、形状記憶合金で形成
されたベローズ７Ａに通電して加熱すると、ベローズ７
Ａはばね体８Ａの復元力に抗して収縮し、段付きロッド
１１の段付き先端面１１ａが支持体４Ａの端面４ｃに当
接してストップする。

なお、図示しないが、支持体４Ａと段付きロッド１１の
間にスイッチ機構を設けて通電を遮断するようにしても
良い。

ポンプ室５Ａの流体や冷却用素子９Ａによって冷却され
ると、ベローズ７Ａとばね体８Ａの復元力によってベロ
ーズ７Ａは伸長し、段付きロッド１１の段１１ｂがスト
ッパ１ｏの面１０ｂに当接してストップする。

このような動作を繰返すことにより、前述の実施例と同
様、ポンプ室５Ａの容積の縮小増加にともなうポンプ作
用がなされるが、ストッパ機構の一定のストロークによ
り、−回の動作で吐出する流体の量を一定に制御するこ
とができる。

次に、フリップフロップ形ポンプ装置の例を第３図ない
し第５図を参照して説明する。

第３図は、本発明のさらに他の実施例に係るフリップ・
フロップ形ポンプ装置の縦断面図、第４図は、第３図の
ポンプ装置の作動状態を示す縦断面図、第５図はさらに
他の実施例に係るフリップ・フロップ形ポンプ装置の縦
断面図であり、各図中、第１図と同一符号のものは同一
部分であるから、その説明を省略する。

第３図において、４Ｂは支持体、５Ｂはポンプ室、１３
．１４は、支持体４Ｂに接合され、ポンプ室５Ｂの囲壁
の一部を構成する形状記憶合金膜で、一対の形状記憶合
金膜１３．１４は、ポンプ室５Ｂの容積を変化せしめる
変形用および復元用のフリップ・フロップを構成するも
のである。

１５は、形状記憶合金１１１１３，１４間に設けて支持
の役割をする絶縁体、１６は、形状記憶合金膜１３．１
４を連結する連接棒、６ｄ、６ｅは、これらの形状記憶
合金に通電する通電端子である。

形状記憶合金膜１３は、通電加熱時、支持体４Ｂの方向
へ突出するように形状記憶されており、形状記憶合金膜
１４は、支持体４Ｂとは逆の方向へ突出するように形状
記憶されている。

このような構成のフリップ・フロップ形ポンプ装置の作
用を第４図（ａ）、（ｂ）により説明する。

まず、形状記憶合金ｆｆ１１３に通電するとフリップ・
フロップを構成する形状記憶合金膜１３は支持体４Ｂの
方向へ突出し連接棒１６に押されて形状記憶合金膜１４
を第４図（ｂ）に示すように変形させポンプ室５Ｂの容
積を縮小させる。

そこで、フリップ・フロップ構成部材が冷却されたのち
、形状記憶合金膜１４に通電すると形状記憶合金膜１４
は支持体４Ｂとは逆の方向へ退転突出し連接棒１６に押
されて形状記憶合金膜１３をも第４図（ａ）に示すよう
に変形させポンプ室の容積を増加させる。

このような動作を繰返すことにより、前述したようにポ
ンプ室５Ｂの容積の縮小増加にともなうポンプ作用が行
われる６ なお、冷却をより早く行うために絶縁体１５を冷却用素
子で製作してもよい。

本実施例では、形状記憶合金をポンプ室５Ｂの囲壁の一
部を形成するフリップ・プロップ構成部材、すなわち板
状の面積をもつ膜体に用いたので、従来の線状の形状記
憶合金を用いたものにくらべ、ポンプ装置の軸方向長さ
を大幅に短くすることができ、装置の小形軽量化を図る
ことができる。

次に、第５図は、フリップ・フロップ形ポンプ装置の他
の実施例を示すもので、フリップ・フロップを構成する
形状記憶合金膜１３’　、１４’　を絶縁接着層１７を
介して２枚貼りあわせたものを示している。９Ｂは冷却
用素子である。

形状記憶合金膜１３′は、支持体４Ｂの方向へ突出する
ように形状記憶されており、形状記憶合金膜１４′は、
支持体４Ｂとは逆の方向へ突出するように形状記憶され
ており、絶縁接着層１７は断熱の役割を果すものである
。

このような第Ｓ図の実施例では、前述の第３゜４図の実
施例のものと、その動作および効果は同等である。

次に、第６図は、本発明のさらに他の実施例に係るガス
封入形ポンプ装置の縦断面図であり、図中、第１図と同
一符号のものは第１図の実施例と同等部分であるから、
その説明を省略する。

第６図のポンプ装置は、形状記憶合金の復元力としてガ
ス圧力を利用する実施例を示している。

図において、４Ｃは支持体、５Ｃはポンプ室、１８は、
ポンプ室５Ｃの囲壁の一部を形成する形状記憶合金膜、
１９は、形状記憶合金膜１８を覆うケース、２０はカバ
ー、２１は、カバー２０に設けたガス封入口、２２は、
ケース１９内に設けたガス封入室、６ｆ、６ｇは形状記
憶合金膜２４に通電するための通電端子である。

ケース１９には、形状記憶合金膜１８に形状記憶させた
ものと同じ形のくぼみ１９ａｔｉ：設けており、その中
央部にはガス封入室２２と連通する穴２２ａが開孔して
いる。形状記憶合金膜１８に通電するとあらかじめ形状
記憶された形、すなわちケース１９に設けられたくぼみ
１９ａの形に変形する。このとき流体を吸入口４Ｃから
吸入する６形状記憶合金膜１８がポンプ室５Ｃの流体な
どにより冷却されるとガス封入室２２のガス圧力により
押されて支持体４Ｃに押しつけられる。このとき、ゆっ
くりと流体を吐出口４ｄから吐出する。

この動作をくり返すことによりポンプ作用が行われる。

本実施例によれば、先の第１図の実施例で述べたと同様
、装置の小形軽量化の効果が期待されるほか、ポンプ室
囲壁の一部すなわち形状記憶合金だと同様、装置の小形
軽量化の効果が期待されるほか、ポンプ室囲壁の一部す
なわち形状記憶合金膜１８に変形を与える作動手段とし
てガス圧が用いられるので、作動が確実で信頼性が高い
という特有の効果がある。

なお、前記の各実施例において、ポンプ室の内面にコー
ティングを施せば、ポンプ作用の円滑化がより期待でき
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、形状記憶合金をポ
ンプ室の囲壁の、面積をもつ部材に用いて、ポンプ装置
の軸方向長さを大幅に短くして小形軽量化を可能にした
、形状記憶合金を用いたポンプ装置を提供することがで
きる６

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るベローズ形ポンプ装
置の縦断面図、第２図は、本発明の他の実施例に係るス
トッパ機構を有するベローズ形ポンプ装置の縦断面図、
第３図は、本発明のさらに他の実施例に係るフリップ・
フロップ形ポンプ装置の縦断面図、第４図は、第３図の
ポンプ装置の作動状態を示す縦断面図、第５図は、本発
明のさらに他の実施例に係るフリップ・フロップ形ポン
プ装置の縦断面図、第６図は、本発明のさらに他の実施
例に係るガス封入形ポンプ装置の縦断面図、第７図は、
従来のポンプ装置の略示構成図である。 ３ａ・・・吸入管、３ｂ・・・吐呂管、４ａ・・吸入弁
、４ｂ・・・吐出弁、４．４Ａ、４Ｂ、４Ｇ・・・支持
体。 ５．５Ａ、５Ｂ、５Ｇ−・・ポンプ室、６ａ、６ｂ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体の吸入、吐出管路に接続された吸入弁、吐出弁
   を内蔵する支持体と、この支持体に接合され、少なくと
   も囲壁の一部を形状記憶合金で形成されたポンプ室囲壁
   とでポンプ室を構成するとともに、前記形状記憶合金で
   形成されたポンプ室囲壁に変形を与える作動手段を備え
   たことを特徴とする形状記憶合金を用いたポンプ装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ポンプ
   室囲壁の一部を形状記憶合金の伸縮体で形成し、この伸
   縮体に復元用のばね体を装着したものである形状記憶合
   金を用いたポンプ装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、伸縮体
   の伸縮範囲を限定するストッパ手段を支持体に結合させ
   たものである形状記憶合金を用いたポンプ装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ポンプ
   室囲壁を、ポンプ室の容積を変化せしめる変形用および
   復元用の一対の形状記憶合金膜により構成したものであ
   る形状記憶合金を用いたポンプ装置。 ５、特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のもののい
   ずれかにおいて、ポンプ室囲壁に変形を与える作動手段
   は、形状記憶合金に対する加熱用通電端子と冷却用素子
   とで構成したものである形状記憶合金を用いたポンプ装
   置。 ６、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ポンプ
   室囲壁に変形を与える作動手段を、ポンプ室の一部を形
   成する形状記憶合金膜に圧力を付加しうるガス圧作動手
   段としたものである形状記憶合金を用いたポンプ装置。